STM32单片机最小系统的电路设计

本文将基于 STM32 单片机(F1 系列)展开讲解。

背景

学嵌入式，我们一般从单片机学起。学单片机，不能只学软件，硬件知识也要跟上。软硬件相结合的设计，才是真正优秀的设计。

谈及单片机的硬件设计，我们会先将其浓缩为最小系统，即能实现最基础的功能的最简化设计。以 STM32(F1 系列)单片机为例，最小系统无非是这几部分：电源、复位、时钟、启动模式、下载调试。

电源

STM32 的电源有以下几种类型：

主电源(VDD / VSS)

主电源指的是标记为 VDD1、VDD2... 的引脚。

每个引脚必须加一个 100nF 的滤波电容，且尽量靠近引脚放置，此外需要一个 10uF 的钽电容公用。

后备电源(VBAT)

VBAT 引脚可用于电池供电。如果不用，可以与 VDD 连接在一起。VBAT 也需要一个 100nF 电容滤波。

可参考以下的电源选择电路：

ADC 电源(VDDA / VSSA)

为了提高转换精度，ADC 设备可以从这里取电。一般将 VDDA 通过一个电感后， 与 VDD 相连接。

若不用到 ADC，可将 VDD，VDDA，VREF+(如果有的话) 接在一起，并对地接 1uF 钽电容 + 10nF 陶瓷电容滤波。

复位

因为 STM32 内部有上拉电阻，所以外部只接 100nF 电容 + 按键即可：

上电时，CPU 处于复位状态，此时电容充电，NRST 引脚电位持续拉低，当电容充满电后，NRST 电位变为高电平，此时 CPU 退出复位模式，进入正常运行状态。当按钮被按下时，电容被短路清空电量，按钮松开后重新充电，触发复位。

根据官方设计指南，电容选取 100nF 即可，以保证 NRST 低电平持续的时间满足 CPU 复位的最小脉宽要求，能正常触发复位。

如果不需要手动复位功能，也可以略去按键。

时钟

如上图，STM32 的时钟分以下几种：

HSI：高速内部时钟，是内部的 RC 振荡器，频率为 8MHz

HSE：高速外部时钟，可接石英 / 陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为 4MHz~16MHz

LSI：低速内部时钟，RC 振荡器，频率为 40kHz. 独立看门狗的时钟源只能是它，同时它也可以作为 RTC 的时钟源

LSE：低速外部时钟，接频率为 32.768kHz 的石英晶体。LSE 是给 RTC 用的时钟源

PLL：锁相环倍频输出，其时钟输入源可选择为 HSI/2，HSE 或 HSE/2. 倍频可为 2~16 倍，但是输出频率最大不得超过 72MHz

从稳定性上考虑，我们在设计的时候一般使用外部晶振作为时钟源。一般选取 8MHz 晶振作为 HSE，便于倍频(一般倍频到 72MHz);选取 32.768kHz 晶振作为 LSE，RTC 使用便于分频(32768 是 2 的 15 次方，可以得到精准的时间)。

至于晶振的选用，有源的精度高，无源的成本低，一般无源就足够了。

如果选用无源晶振，则需要在两端要加上起振电容，滤除晶振波形中的高频杂波。容值可选 10 ～ 40pF.

晶振输入输出引脚之间可加一个 1M 的电阻，产生负反馈，保证放大器工作在高增益的线性区。同时还起到限流作用，防止反相器驱动过载损坏晶振。

启动模式配置

一般将 BOOT0 引脚下拉(串接 10K 电阻再接地)，BOOT1 任意 即可。

如果需要模式切换，也可以参照以下的设计：

启动模式详见 STM32 的启动模式

下载调试接口

一般我们用 SWD 接口(接线少，方便)，直接引出 SWDIO，SWCLK，VCC，GND 即可。

不需要添加外部上拉/下拉电阻，因为 STM32 内部已经有集成了。

总结

以上就是 STM32(F1 系列)最小系统的电路设计。